mi passi l'ultimo pezzo per piacere Eccolo Grazie Ecco il foto moltiplicatore è ben pulito Ah sì ci vedo dentro perfettamente una previsione sensazionale della teoria della relatività speciale è che gli orologi in moto ritardano per un fattore Rad quad 1 - v qu su C qu dove V è la velocità dell'orologio rispetto all'osservatore e c è la velocità della luce per esempio se abbiamo tre orologi identici Fermi rispetto a un e che a un dato istante segnano la stessa ora ci aspettiamo che a un qualunque istante successivo essi segnino ancora la stessa ora ma se abbiamo gli stessi tre identici orologi e uno di essi è in moto relativamente all'osservatore allora nel tempo successivo quando questo raggiunge per esempio l'altro Esso segnerà meno cioè un intervallo minore di quello degli orologi rimasti Fermi visto dall'osservatore l'orologio in moto ritarda e questo effetto si chiama dilatazione del tempo e di regola è un effetto molto piccolo poiché V su C è quasi sempre molto piccolo Quindi tutta questa espressione è molto vicina a 1 per esempio un orologio che viaggia in un razzo a 7 o 8 km al secondo rispetto a noi soltanto un secondo su 100 anni però noi abbiamo orologi che viaggiano velocissimi al 999% della velocità della luce eessi segnano un nono del tempo che segnerebbe restando Fermi rispetto a noi questi orologi di cui ora parleremo sono i mesoni mu vale a dire particelle radioattive cariche dei raggi cosmici prima dobbiamo rivelarle primo rivelare i mesoni mu poi dovremmo fermare alcuni di questi mesoni mu per misurare la distribuzione dei loro tempi di decadimento come vedrete questo ci permetterà di usare i mesoni per misurare intervalli di tempo dunque distribuzione dei tempi di decadimento in funzione di orologio infine useremo questi orologi a radioattività per misurare la dilatazione del tempo confronteremo due misure dello stesso intervallo di tempo quella fatta coi mesoni che vanno velocissimi rispetto a noi e quella fatta coi mesoni Fermi rispetto a noi i mesoni mu opremo sono prodotti nell'alta atmosfera e vengono giù veloci verso la terra mentre vengono giù alcuni di essi si disintegrano in volo il numero di mesoni che arrivano ad alta quota è maggiore del numero di quelli che riescono a raggiungere il livello del mare in questo momento Noi ci troviamo in cima a una montagna il monte Washington nel New hampshire conteremo il numero di mesoni che arrivano qui e poi scenderemo al livello del mare e conteremo quanti ne sopravvivono nell'arrivare laggiù confrontando i due numeri troveremo che questi orologi in moto ritardano Intanto è necessario rivelare i mesoni mu ogni volta che uno di questi mesoni di cui il professor Fris vi ha parlato attraversa questo speciale cinat vi Emo un lampo di luce anche adesso vengono Emi dei lampi prodotti nello scintillatore Dai mesoni che lo attraversano non li vediamo perché i lampi sono troppo deboli per essere fotografati Perciò li riveliamo con questo fotomoltiplicatore che è in sostanza una fotocellula estremamente sensibile che trasforma i lampi in impulsi elettrici rivelabili Naturalmente perché funzioni dobbiamo mettere lo cinat proprio sopra la fotocellula così e quindi per evitare infiltrazioni di luce dobbiamo coprirlo con un rivestimento opaco prima questo di alluminio eso riflette la luce mantenendola tutta nell'interno e infine con questa speciale stoffa opaca ora posso dare tensione al fotomoltiplicatore l'impulso elettrico dal fotomoltiplicatore passa per questo cavo che io adesso inserisco nell'amplificatore ora l'uscita dell'amplificatore la mando a comandare questo oscillo ad alta velocità così ogni volta che un mesone mu attraversa lo scintillatore viato dal folat il pun Lumos Dillo e mamente attraversa lo schermo poi prendiamo lo stesso impulso delatore e lo mandiamo all'asse verticale dell'os scill ografo in modo da poterlo rendere visibile all'inizio della traccia la maggior parte delle tracce indica che un mesone Mu ha attraversato lo scintillatore Questo è il punto dove comincia la traccia sullo schermo quando un mesone mu entra Nello scintillatore e fa partire il punto luminoso gli impulsi che che fanno partire la traccia sono visibili qui osservate che la loro altezza varia questo perché alcuni mesoni attraversano solo un angolo dello cintila producendo un lampo debole e quindi un impulso piccolo mentre altri lo attraversano tutto la traccia impiega 1 microsecondo a percorrere ciascuna di queste divisioni grandi adesso la vediamo per 7 microsecondi e mezzo dopo la vedremo per tutti i 9 microsecondi che si possono vedere questa può sembrare una grande velocità ma ogni mesone mu che entra nello scintillatore lo attraversa tutto e ne esce in appena 2 miliardesimi di secondo che corrisponde a circa un centesimo della larghezza di Ciascun impulso di partenza la larghezza dell'impulso non c'entra col tempo impiegato dai mesoni ad attraversare lo scintillatore ma è determinata soltanto dall'elettronica quasi tutti i mesoni vanno oltre lo scintillatore possiamo fermarne alcuni nello scintillatore Tuttavia col rallentarli in questi 80 cm di ferro fra parentesi è una bella quantità di ferro pesa più di 5 tonnellate noi vogliamo fermare alcuni mesoni nello scintillatore al fine di osservare il loro decadimento radioattivo questo ci porta al secondo punto sappiamo già come rivelare i mesoni in mu ora vogliamo misurare quanto tempo impiegano per decadere allo scopo di usarli come orologi quando un mesone mu positivo decade Esso emette un neutrino un antineutrino e una particella carica positiva detta positrone quando il mesone entra nello scintillatore manda un lampo di luce se poi si ferma e decade nello scintillatore il positrone manda un secondo lampo di luce questo produce un secondo impulso sulla traccia dell'os scillo Nell'istante in cui il mesone mu decade ora siamo pronti per fermare un gran numero di mesoni mu e misurare la distribuzione nel tempo dei loro decadimenti per favore Dave spingi lo scintillatore sotto il ferro Io vado all'os scillo ora diamo un'occhiata potete osservare che ci sono meno impulsi di prima infatti il ferro non solo rallenta i mesoni Ma in effetti ne ferma alcuni prima che arrivino allo vedete che anche adesso la maggior parte di quelli che arrivano passano oltre producendo un solo impulso ma ecco Avete visto quell'impulso a circa due divisioni da quello iniziale guardiamo ancora questo e questo ora voglio osservare il prossimo un po' più attentamente Ecco anche qui il primo impulso si ha quando il mesone entra Nello scintillatore quel mesone aveva proprio la velocità giusta per fermarsi nello scintillatore dopo essere stato rallentato dal ferro per un certo tempo è rimasto nello scintillatore Finché si è disintegrato emettendo un positrone che ha dato luogo al secondo impulso il tempo impiegato dal mesone per fermarsi è assolutamente trascurabile sulla nostra scala possiamo dire quanto tempo il mesone è rimasto nello scintillatore prima di decadere perché sappiamo che sono passati esattamente 2,9 microsecondi tra l'impulso iniziale e l'impulso di decadimento guardiam qualche altro Eccone uno un altro vedete che questi impulsi capitano in punti diversi della traccia e questo indica che i mesoni trascorrono intervalli di tempo diversi nello scintillatore prima di decadere Perciò se vogliamo usare questi mesoni come misuratori di tempo ossia come orologi sarà necessario raccogliere gran di per facilitarci il lavoro portiamo l'impulso di partenza in una posizione prefissata Dietro la maschera sovrapposta allo schermo e poi solleviamo la traccia principale fino a nasconderla dietro un'altra maschera così si possono vedere solo gli impulsi di decadimento Ecco un altro un altro ancora Questi sono i soli impulsi che ci interessa registrare vedete gli impulsi di decadimento spuntare da dietro la maschera Ecco ora ve la faccio vedere a noi interessa solo a che punto della nostra scala dei tempi avviene il decadimento e il modo più comodo per registrarlo è di usare questa macchina Polaroid Seci l'otturatore aperto possiamo registrare fino a 20 impulsi distinti uno dopo l'altro sulla stessa fotografia Qui abbiamo un altro fotomoltiplicatore il quale attraverso questa apertura nel sostegno della macchina Guarda gli impulsi di decadimento ma prima di poterlo usare devo ripararlo dalla luce della stanza la luce degli impulsi di decadimento che spuntano da dietro la maschera viene rivelata da questo foto atore qui Arriva l'alta tensione per il fotomoltiplicatore e questo cavo porta il segnale d'uscita del fotomoltiplicatore e lo porta a questo amplificatore l'entrata è qui dietro l'uscita sempre da qui dietro arriva a questo circuito che in realtà è una scala ma serve solo per comandare questo numeratore il numeratore conta 1o per uno i mesoni muche entrano nello scintillatore decadono e il cui impulso di decadimento rivelato dal fotomoltiplicatore se tu hai finito con quel nastro Jim attacca l'alta tensione ok va pure io accendo il contatore e apro l'otturatore della macchina Eccone uno ricordate questo contatore ci dice in ogni momento quanti mesoni mu complessivamente si sono fermati e sono decaduti nello scintillatore quanti ne prendiamo 5 o 10 direi che cin bastano vado a preparare il tabellone bene ecco la fotografia guardiamola bene ecco gli impulsi che il nostro numeratore ha contato tutti e cinque l'impulso di partenza è appena qui fuori Dietro la maschera ora misurerà l'intervallo di tempo vissuto da ciascuno di questi mesoni mu e il professor Fris lo riporterà sul suo tabellone userò questa comoda scala che ho ottenuto semplicemente fotografando la scala dell'os scill ografo misurando dall'orlo della maschera trovo che questo mesone è vissuto per 1 2 3 4,885 microsecondi 4 e85 traccio qui su questa scala più grande un segmento che rappresenta la misura del Tempo di decadimento del mesone in microsecondi ora il professor Fris Riporta i tempi verticalmente verso il basso per una ragione che sarà ovvia fra poco Voi intanto guardatevi bene dal pensare che quel segmento abbia qualcosa a che fare con la distanza da qui a qui esso ha a che fare con questa distanza la durata della vita del mesone nello scintillatore Eccone un altro Questo è vissuto solo 0,65 microsecondi 065 e questo 2,90 2,90 microsecondi questo 0,80 0,80 microsecondi 0,80 microsecondi l'ultimo 3,45 No piuttosto 3,50 350 microsecondi bene questi segmenti rappresentano i tempi di decadimento dei cinque mesoni registrati li ho messi uno accanto all'altro solo per vederle insieme ma questa coordinata non significa proprio nulla solo il tempo riportato in questa direzione ha un signif per vedere l'andamento della distribuzione dei tempi di decadimento dobbiamo fermare molte migliaia di mesoni così Cim possiamo andare avanti per un'ora ce n'è pellicola nella macchina Sì ne ho usata una sola vedete i primi impulsi che stanno arrivando per mostrarvi l'intera ora comprimer Remo il tempo in modo che possiate vederla tutta nei prossimi 25 secondi inoltre vi faremo vedere alcune delle fotografie che prenderemo durante l'esperimento [Musica] 568 3,72 57 035 2 582 38,2 33 32,6 bene ecco il nostro tabellone che riporta i 568 eventi registrati durante un'ora i 568 eventi che abbiamo riportato sul tabellone sono il risultato di un'ora di conteggio Prima avevamo fatto altri cinque diversi conteggi ciascuno di un'ora e la loro media risulta 564 Dunque i 568 eventi registrati sono un buon campione del numero di mesoni che decadono nel nostro scintillatore ogni ora potete Dunque pensare che i mesoni mu arrivino come una pioggia costante di Ora in ora Molti mesoni vivono per un microsecondo o più un po' di meno sopravvivono 2 microsecondi e iamo a 5 microsecondi rimane solo una piccola parte del numero iniziale se poi arriviamo a 8 microsecondi e mezzo che è l'intervallo più lungo che si possa leggere sull'osento visivo i tempi di decadimento di quei mesoni che si sono fermati nello scintillatore prima che noi misuro il tempo di decadimento e si erano Fermi rispetto a noi durante il tempo presentato sulla tabella ora veniamo al nocciolo dell'esperimento che cosa succede del Tempo di decadimento di questi mesoni mu quando invece di stare fermi rispetto a noi ci passano fulmineamente davanti con velocità vicine a quelle della luce guardiamo la tabella più in dettaglio Per esempio questo è un mesone che è vissuto 3 microsecondi e mezzo nel nostro scintillatore Supponiamo che non l'avessimo fermato dove sarebbe arrivato Noi ci troviamo in cima al Monte Washington 6300 piedi sopra il livello del mare Noi abbiamo fermato quel mesone quassù se non lo avessimo fermato esso avrebbe viaggiato per 3 microsecondi e mezzo in questo senso prima di decadere quanta strada avrebbe percorso sarebbe arrivato ad una distanza di 3,5 per 10 all Men 6 secondi per la sua velocità v e per sapere dove sarebbe arrivato prima di decadere dobbiamo conoscere la sua velocità V per fortuna conosciamo la velocità dei mesoni che si fermano nello scintillatore poiché sappiamo quanta materia può attraversare una particella carica di massa e velocità date un mesone mu che entra dall'alto del ferro con velocità 0,99 di quella della Luce arriva proprio in cima allo scintillatore prima di fermarsi con una velocità minore di quella detta prima si ferma nel ferro con velocità appena maggiore di 0,995 4C si ferma sul fondo dello scintillatore con velocità ancora maggiori lo attraversa ed entra nella montagna Dunque i mesoni che contiamo hanno velocità comprese Fra 0950 e 0954 volte la velocità della luce ma per il momento non ci occorre tanta precisione Perciò diciamo che hanno pressa poco la velocità della luce cioè all'incirca 1000 piedi per microsecondo Dunque V vale 1000 piedi al microsecondo e questo particolare mesone avrebbe percorso 3500 piedi prima di decadere e quest'altro che è vissuto solo 2,4 microsecondi avrebbe percorso solo 2400 piedi prima di decadere questo che è vissuto quasi 5 microsecondi avrebbe percorso quasi 5000 piedi In definitiva possiamo semplicemente pensare le unità di questa scala come migliaia di piedi e possiamo domandarci quanti dei nostri mesoni raggiungerebbero il livello del mare che è 6300 piedi più in basso tendiamo un filo trasversale a 6300 piedi e così contiamo quanti dei nostri mesoni avrebbero proseguito fino ad arrivare a questo livello sono 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Quindi se ora portiamo i nostri apparecchi a livello del mare ci aspettiamo di trovare 27 o circa 27 mesoni che si fermano e muoiono nello scintillatore ogni ora Questo calcolo si basa sull'ipotesi che i mesoni mu decadono nello stesso tempo quando sono in volo così come quando Essi sono Fermi rispetto a noi questa ipotesi C D 27 mesoni all'ora Quando andiamo a livello del mare ma se ne trovassimo molti di più diciamo tanti così allora vorrebbe dire che i mesoni sono decaduti come se fosse passato solo questo tempo in altre parole Noi misuriamo questo intervallo di tempo per il loro volo 6,3 microsecondi ma per loro sarebbe passato solo questo tempo è questo il nostro esperimento scendiamo al livello del mare e contiamo quanti mes sopravvivono [Musica] bene passa i cavi di qua Day ora Jim metti a posto il contatore [Applauso] ci troviamo a livello del mare e l'apparecchiatura sembra non avere sofferto per il viaggio Appena sistemati gli attacchi Proviamo a vedere quanti mesoni sopravvivono a questo dislivello accendiamo di nuovo Caspita Eccone già uno mentre contiamo diamo uno sguardo alla situazione abbiamo contato 568 mesoni quelli del tabellone sulla cima del Monte Washington ora siamo scesi al livello del mare per vedere quanti ne rimangono Evidentemente non possiamo contare i sopravvissuti di quegli stessi mesoni che abbiamo contato sul monte Washington perché quelli li abbiamo Fermati tutti lassù nello scintillatore per fortuna ciò non ha importanza perché quei mesoni non avevano nulla di comunque in nessun caso noi avremmo potuto prevedere con esattezza quando uno qualunque di essi sarebbe decaduto quello che usiamo è un orologio a mesoni costituito dalla distribuzione media dei tempi di decadimento di un gran numero di mesoni perciò possiamo contare i sopravvissuti fra i mesoni che arrivano in un'altra ora poiché come abbiamo visto lassù il numero medio rimane lo stesso di Ora in ora e non possiamo neppure metterci a livello del mare proprio sotto il monte Washington dovremmo scavare un lunghissimo Pozzo per permettere ai mesoni di attraversare tutta quella roccia ma non è affatto necessario Perciò siamo venuti a Cambridge nel Massachusetts a 150 miglia di distanza e qui contiamo I sopravvissuti fra quei mesoni che arrivano quassù a 6000 piedi di altitudine sopra di noi l'intensità media dei raggi cosmici è la stessa su regioni della terra distanti tra loro molte centinaia di Miglia perciò ci saranno circa 568 mesoni che vengono giù da 6000 piedi di altezza sopra di noi durante quest'ora c'è stato però un cambiamento nella nostra apparecchiatura in cima al Monte Washington noi usavamo uno strato di ferro dello spessore di 80 cm per selezionare i nostri mesoni ma tra qui e 6000 piedi c'è uno spessore di aria equivalente nel rallentare i mesoni a 30 cm di ferro perciò abbiamo tolto 30 cm di ferro dal nostro mucchio abbiamo tolto quel ferro per far sì che i mesoni che si fermano nello scintillatore abbiano una velocità compresa fra 0 9950 e 0954 vol C come a 6000 piedi sul mare cioè la stessa velocità che avevano i mesoni quando passavano nel ferro sul monte Washington e si fermavano Nello scintillatore e questo è uno solo tra i molti fattori di cui dobbiamo tener conto nel nostro esperimento per esempio non tutti i mesoni arrivano verticalmente e poi alcuni mesoni mu Vengono prodotti da altri raggi cosmici tra 6000 piedi e il livello del mare Inoltre alcuni mesoni mucche si nell catore interagiscono con i nuclei noi crediamo di aver calcolato correttamente tutti questi effetti il loro contributo al nostro risultato è piccolo ma ora andiamo a vedere quanti impulsi stanno arrivando 13 sono molti di più di quanti ci aspettavamo andiamo avanti e vediamo il conteggio di un'ora intera per avere una statistica migliore 409 10 11 412 bene un'ora esatta invece di 27 abbiamo avuto 412 mesoni sopravvissuti a livello del mare Ma questo sta quassù sul tabellone ho riportato qui il numero di mesoni Sopravvissuti in funzione del tempo secondo il nostro orologio a decadimento di mesoni e 412 corrisponde a soli 0,7 microsecondi circa 07 microsecondi di tempo trascorso in volo come risulta dalla misura con i mesoni in moto diviso per 6,3 microsecondi di tempo di volo come risulta dalla misura con mesoni Fer rispetto a noi 07 / 6,3 UG 1/9 per questi mesoni che ci passano davanti al 999% della velocità della luce il tempo passa 9 volte più lentamente di quando sono Fermi rispetto a noi Celle radioattive i mesoni mu per mostrarvi che gli orologi in moto ritardano ma non voglio che facciate l'errore di pensare che ciò abbia a che fare col particolare tipo di orologio da noi usato esperimenti analoghi sono stati fatti con altri orologi atomi per esempio e i risultati sono sempre gli stessi in effetti Se riuscissimo a farle viaggiare velocemente crediamo che si potrebbe fare lo stesso esperimento con delle sveglie per esempio se una sveglia è in moto passasse vicino alla prima di due sveglie fisse quando tutte e tre segnano esattamente mezzog giorno e poi 15 minuti dopo passasse accanto alla seconda di queste due sveglie cioè dopo 15 minuti segnati dalle sveglie fisse Allora dal risultato dell'esperimento possiamo credere che quella sveglia in moto Se si muovesse con la stessa velocità dei nostri mesoni segnerebbe solo un non di 15 minuti cioè 1 minuto e 20 secondi dopo le 12 Questo è quanto vedremmo noi stando fermi rispetto a queste sveglie che cosa vedrebbe qualcuno che viaggiasse a cavallo della sveglia in moto o di uno dei nostri mesoni ha un osservatore che viaggiasse insieme a un mesone il mesone sembrerebbe fermo prima gli passerebbe davanti la cima del Monte Washington al 99% della velocità della luce poi dopo un certo tempo si vedrebbe arrivare addosso il livello del mare alla stessa velocità il mesone sul quale sta seduto quando passa il monte Washington ha qualche probabilità di sopravvivere fino a quando passa il livello del mare il nostro esperimento al livello del mare ci ha mostrato che se egli cavalass 568 mesoni uno dopo l'altro circa 412 di essi vivrebbero almeno fino al livello del mare perciò egli leggerebbe sulla sua distribuzione dei tempi di decadimento 0,7 microsecondi quale tempo più probabile trascorso dal passaggio della cima del Monte al passaggio del livello del mare all'osservatore a cavallo del mesone la distanza tra la cima del Monte Washington e il livello del mare risulterà quella percorsa in 0,7 microsecondi da un oggetto che viaggi a 0,99 volte la velocità della luce e cioè secondo la nostra scala appena 700 piedi Dunque il monte Washington apparirà alto appena 700 piedi circa saltate su un mesone veloce e le montagne diventeranno collinette Questo è un esempio della contrazione di Lawrence Fitzgerald secondo cui un oggetto in moto si contrae di un fattore radice quad 1 - v qu su C qu nella direzione del moto quando si muove con velocità v rispetto a un osservatore proprio lo stesso fattore della dilatazione del tempo di Einstein l'esperimento che abbiamo fatto ha lo scopo di mostrare che gli orologi in moto ritardano e che la lunghezza degli oggetti in moto si riduce dico orologi e oggetti per sottolineare ancora che quanto abbiamo visto è vero per ogni orologio e per ogni oggetto non solo per i mesoni mu e il monte Washington